Скин эффект
Скин эффект
Важно! Даже при оптимальных настройках RCLD часто наблюдаются заметные звуковые различия.
Одной из причин, связанных с конструкцией кабеля, является скин-эффект.
эффект поверхности проволоки
Общее объяснение
При постоянном токе его плотность одинакова по всему сечению проводника. Но переменный ток периодически меняет свое направление и интенсивность, создавая изменяющееся магнитное поле. Изменения магнитного потока вызывают вихревые токи в проводнике, противодействующие току в проводе. На первый взгляд их направления совпадают. В результате плотность тока экспоненциально уменьшается к центру. Ток смещения увеличивается с увеличением частоты переменного тока и диаметра проводника.
Для сигналов высокой частоты центр проводника фактически обесточен. В этом случае сопротивление провода значительно возрастает за счет смещения тока. Однако это всего лишь упрощенная модель.
Распределение плотности тока в проводнике
Помимо скин-эффекта существует еще эффект близости, который создает дополнительную концентрацию плотности тока на стороне сечения линии, расположенной в области наиболее сильного магнитного поля. Например, он появляется на внутренней поверхности двухтактного возбуждения или на внешней поверхности двойной линии синхронизированного возбуждения.
Глубина проникновения
расстояние от поверхности проводника, когда плотность тока падает до 1/e = 0,37 или -8,69 дБ, называется глубиной проникновения, и формула расчета имеет следующий вид:
d = √(ρ/(π×µ×f)), где:
- d — глубина проникновения, мм;
- ρ — удельное сопротивление материала;
- μ — константа проницаемости = 4×p×10 -7 Генри/метр;
- f——частота;
Отсюда мы можем сформулировать практическое правило для меди:
d = 66 × √ (ρ r/(μ r × f)), где:
- ρ р = ρ / ρ Cu = 1;
- μ r – равен 1 для немагнитных материалов, таких как медь.
Глубина кожи Э/м поля
Из формулы видно, что глубина проникновения сверхпроводника на каждой частоте равна 0, то есть весь перенос заряда происходит по поверхности, тогда как у плохих проводников глубина проникновения очень велика. Глубина проникновения также прямо пропорциональна потерям, происходящим в проводе.
Читайте также статью: продвижение сайта по ссылке
Немного сложнее рассчитать увеличение сопротивления, возникающее при скин-эффекте:
- для круглого сплошного медного провода диаметром 2 мм (эквивалент S = 3,15 мм²) результирующее сопротивление на частоте 100 кГц увеличивается в 1,5 раза по сравнению с тем же значением на частоте 32 кГц;
- для проводника d = 0,2 мм сопротивление увеличивается в два раза только на частоте 10 МГц.
важный! Для устранения скин-эффекта в звуковом диапазоне до 20 кГц диаметр проводника не должен превышать 1 мм. Если диапазон звукового сигнала до 50 кГц, диаметр проводника не может превышать 0,6 мм.
Примерная формула определения частоты среза для заданного диаметра проводника:
Видео: Скин-эффект и добротность катушки индуктивности.Для чего провод покрывают серебром
fc = 4/(π×μ×s Cu×D 2) = 1/(π 2×5,8×D 2), где:
- fc — частота среза;
- D——Диаметр проводника;
- s Cu=проводимость меди=5,8×10 7 (Ом×м)-1;
Несколько граничных частот меди:
- 0,1 мм – 1,75 МГц;
- 0,3 мм – 194 кГц;
- 0,5 мм – 70 кГц;
- 0,8 мм – 27 кГц;
- 1 мм – 17 кГц;
- 2 мм – 4,4 кГц.
Фактический скин-эффект не является чистым увеличением сопротивления.
из-за неидеальных свойств провода Э/М поле не отражается на проводимости, а проникает в нее, что можно назвать полем потерь. Компонента электрического поля ориентирована аксиально по длине проводника, а электромагнитная энергия распространяется радиально от поверхности. В этом и есть причина скин-эффекта.
Поэтому поле потерь напрямую зависит от электропроводности, магнитной проницаемости и частоты сигнала и в конечном итоге преобразуется в тепло.
Способы подавления скин эффекта
Скин-эффект можно подавить или значительно уменьшить, если вместо сплошного провода использовать пучок тонких проводов, покрытых специальной изоляционной краской. В высокочастотной технологии обычно используются тонкостенные трубки, покрытые высокопроводящим слоем, например серебром.
Основные особенности подавления скин-эффекта:
- Идеальная толщина проводника для звукового диапазона не превышает 0,3 мм;
- Кабель должен быть сконструирован так, чтобы между проводниками по всей длине образовывалось однородное магнитное поле;
- Провода должны быть максимально чистыми и ровными, без окиси меди на поверхности;
- Избегайте находиться рядом с неэкранированными шнурами питания из-за создаваемых ими магнитных полей;
- В качестве диэлектрика лучше всего использовать материал с минимально возможной диэлектрической проницаемостью.
Витой провод часто используется для проведения токов низкой частоты. Сталь или углеродное волокно используются для передачи электроэнергии на большие расстояния. Широкие дорожки печатной платы обеспечивают большую площадь поверхности и низкое сопротивление. С помощью этих простых рекомендаций можно избежать скин-эффекта в большинстве электрических применений. Однако правильная эксплуатация сооружений, работающих на частотах в сотни мегагерц или даже гигагерц, требует тщательного планирования и инженерных решений. В оптоволоконных кабелях для передачи данных используется неметаллическая среда, часто требующая небольшой толщины скин-слоя стандартных проводников.
Читайте также статью: Горизонтальные жалюзи: стильный и функциональный выбор для вашего интерьера